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第八章第八章 传动设计传动设计 Ø本章重点 分级变速传动系统的设计原则 转速图拟订步骤 常见分级变速传动系统分析Ø本章难点分级变速传动系统的设计原则传动设计传动设计机机床床的的成成形运动形运动简单运动简单运动复合运动复合运动外链外链 + 内链内链外链外链机床的运动机床的运动成形成形运动运动辅助运动辅助运动传动设计传动设计Ø设计设计外联传动链外联传动链时主要时主要考虑考虑保证要求的保证要求的速度速度(或转速或转速)和传递的和传递的功率功率；；Ø设计设计内联传动链内联传动链时主要时主要考虑考虑保证保证传动精度传动精度外联传动链外联传动链分级变速分级变速无级变速无级变速第一节第一节 分级变速的（外联）传动链设计分级变速的（外联）传动链设计一、分级变速机构的转速图和结构网一、分级变速机构的转速图和结构网 1．转速图．转速图传动系统图分析传动系统图分析例：图中主轴转速共例：图中主轴转速共12级：级：φ=1.41Ø传动系统内共传动系统内共五根轴五根轴：：电动机轴、轴电动机轴、轴I至至ⅣⅣØ轴轴I-ⅡⅡ之间为之间为传动组传动组a；；ØⅡⅡ-ⅢⅢ之间为之间为传动组传动组b；；ØⅢⅢ-ⅣⅣ之间为之间为传动组传动组c。

转速图组成转速图组成 Ø传动轴格线：传动轴格线：距离相等的一距离相等的一组组竖线代表各轴竖线代表各轴轴号写在轴号写在上面 Ø转速格线：转速格线：距离相等的一组距离相等的一组水平线代表各级转速水平线代表各级转速Ø转速点：转速点：与各竖线的与各竖线的交点代交点代表各轴的转速表各轴的转速 Ø传动线：传动线：各轴之间各轴之间连线的倾连线的倾斜方式代表传动副的传动比斜方式代表传动副的传动比连线中的连线中的平行线代表同一传平行线代表同一传动比 转速图作用转速图作用•表示主轴上各级转速的表示主轴上各级转速的传动路线传动路线•表示表示传动传动(变速变速)组的个数组的个数，，传动付数传动付数，，及及传动比的大小传动比的大小•表示各传动轴上所具有的表示各传动轴上所具有的转速级数转速级数及及转速大小转速大小转速图中相邻两水平线间的间隔为转速图中相邻两水平线间的间隔为lgφ Ø分级变速机构的转速是按等比级数排列的，分级变速机构的转速是按等比级数排列的，若转速分别为若转速分别为n1、、n2…nz，则有，则有两边取对数，得：两边取对数，得：lgnlgn2 2-lgn-lgn1 1=lgn=lgn3 3-lgn-lgn2 2= =…………＝＝lgnlgnz z-lgn-lgnz-1z-1= =lgφlgφØ 因此，因此，将转速图上的竖直线坐标取为对数坐将转速图上的竖直线坐标取为对数坐标时，代表各级转速的水平线的间距相等，标时，代表各级转速的水平线的间距相等，为为lgφlgφ。

为简便，省略了对数符号，而直接为简便，省略了对数符号，而直接写出转速值写出转速值转速图分析转速图分析Ø电动机轴与轴电动机轴与轴ⅠⅠ间的间的传动比传动比为为是降速传动，故连线是降速传动，故连线向下倾斜两格向下倾斜两格轴轴ⅠⅠ的转速的转速 转速图分析转速图分析Ø轴 I-Ⅱ间有传动组a，其传动比为lI-Ⅱ之间有三条连线，分别为水平、降一格和降两格转速图分析转速图分析Ø轴Ⅱ-Ⅲ之间有传动组b b，其传动比为l轴Ⅱ的每一转速都有两条连线与轴Ⅲ相连，为水平和降三格l轴Ⅲ共得3×2=6种转速 转速图分析转速图分析Ø轴轴ⅢⅢ-ⅣⅣ之间有传动之间有传动组组c，其传动比为，其传动比为 l表现在转速图上为升表现在转速图上为升两格及降四格两格及降四格 l轴轴ⅣⅣ的转速共为的转速共为3×2×2=12级 由上分析可看出，由上分析可看出，转速图可清楚的表示转速图可清楚的表示 (1) 主轴各级转速的主轴各级转速的传动传动路线路线 2) 在主轴得到连续的等在主轴得到连续的等比数列条件下，所需的比数列条件下，所需的传动组数传动组数和每个传动组和每个传动组中的中的传动副数传动副数 例中例中 12=3x2x2 (3) 传动组的传动组的级比指数级比指数。

级比：级比：同一传动组内，相邻两传动比之比同一传动组内，相邻两传动比之比 值值φx 级比指数：级比指数： φx的指数的指数xl例：传动组例：传动组c，， 传动比为传动比为xc1= ；；xc2= ；； 级比级比φx=φ6，级比指数，级比指数=6l图中三个传动组的图中三个传动组的Xa、、Xb和和Xc的级比指的级比指数分别为数分别为1、、3、、6 (4) 基本组和扩大组基本组和扩大组Ø基本组：基本组：级比指数级比指数为为1的传动组的传动组•基本组是使主轴转基本组是使主轴转速为连续的等比数速为连续的等比数列必不可少的传动列必不可少的传动组组 Ø 第一扩大组：第一扩大组：在基本在基本组的基础上起第一次扩组的基础上起第一次扩大的作用的传动组大的作用的传动组例中传动组（例中传动组b b ））Ø第二扩大组：第二扩大组：在基本在基本组、第一扩大组基础上，组、第一扩大组基础上，进一步扩大转速范围的进一步扩大转速范围的变速组例中传动组变速组例中传动组c c ））Ø如果还有更多的传动如果还有更多的传动组，则依次类推组，则依次类推 Ø按扩大顺序，后一传动组的按扩大顺序，后一传动组的级比指数等于前一传动组的级比指数等于前一传动组的级比指数与传动副数之积，级比指数与传动副数之积，即即 Xn=Xn-1Pn-1 •第一扩大组第一扩大组：：Xl=XoPo=Po•第二扩大组：第二扩大组：X2=XlP1•第第n扩大组：扩大组： Xn=Xn-1Pn-1 = Xn-2Pn-2 Pn-1 = … = Po P1 P2… Pn-2 Pn-1 (5) 各传动组的变速各传动组的变速范围范围 ：：传动组中最大传动组中最大与最小传动比的比值。

与最小传动比的比值基本组基本组 例图中例图中第一扩大组第一扩大组 例图中例图中l任一扩大组任一扩大组l主轴的变速范围等于各主轴的变速范围等于各变速组变速范围的乘积变速组变速范围的乘积,即即 R=R0R1R2·······Rn-1Rn······ =φz-1•本例中本例中R=φ2φ3φ6 =φ11 = φ12-1基本形式（常规）变速系统应满足的条件基本形式（常规）变速系统应满足的条件 •Z=P0P1P2•主轴转速数列只有一个公比主轴转速数列只有一个公比 使机床主轴转速得到连续的等比数使机床主轴转速得到连续的等比数列列,既无空缺又无重复既无空缺又无重复2．结构网和结构式．结构网和结构式 结构网和结构式是设计转速图的一种结构网和结构式是设计转速图的一种过渡形式，用作分析比较方案用过渡形式，用作分析比较方案用Ø结构网：结构网：表示传动比的相对关系而不表示传动比的相对关系而不表示转速数值的线图表示转速数值的线图Ø结构式：结构式：如果在式如果在式Z=P0P1P2 ……传动传动付的右下角标上该变速组的级比特性付的右下角标上该变速组的级比特性指数，则该式变成了结构式。

指数，则该式变成了结构式  12=3l×23×26 •12—转速级数转速级数；；•3、、2、、2—各变速组各变速组 的的传动副数传动副数；； 次序次序—传动顺序传动顺序 •下标下标1、、3、、6—变速组变速组 中的中的级比指数级比指数；； 可看出可看出扩大顺序扩大顺序 •结构网与结构式表达的内容相同，但结构网与结构式表达的内容相同，但结构网更直观结构式则更简单结构网更直观结构式则更简单•结构网或结构式与转速图具有一致的结构网或结构式与转速图具有一致的变速特性变速特性二、主运动链转速图的拟定二、主运动链转速图的拟定 拟定转速图的步骤：拟定转速图的步骤：Ø确定有几个传动组，各传动组的传动副数；确定有几个传动组，各传动组的传动副数；Ø拟定结构网拟定结构网(式式)；；Ø确定是否增加降速定比传动；确定是否增加降速定比传动；Ø合理分配传动比，拟定转速图合理分配传动比，拟定转速图 举例主运动链转速图的拟定举例主运动链转速图的拟定Ø（前例图（前例图8-1）机床类型：中型车床机床类型：中型车床Z=12，，φ=1.4l，主轴转速为，主轴转速为31.5，，45，，63，，90，，125，，180，，250，，355，，500，，710，，1000，，1400。

电动机转速电动机转速nm =1440r/min 1．传动组和传动副数的确定．传动组和传动副数的确定传动组和传动副数可能的方案有：传动组和传动副数可能的方案有： 12=4×3 12=3×4 12=3×2×2 12=2×3×2 12=2×2×3 根据根据“传动副数传动副数前多后少前多后少”的原则，确定的原则，确定12=3×2×2最佳最佳2．．结构网或结构式各种方案的选择结构网或结构式各种方案的选择l可能的六种方案可能的六种方案 (1) 传动副的极限传动比、传动副的极限传动比、传动组的极限变速范围传动组的极限变速范围 •降速传动时，降速传动时，imin≥1／／4 •在升速时，在升速时， imax≤2 ；斜齿轮；斜齿轮imax≤2.5Ø任一传动组的最大变速范围一般为任一传动组的最大变速范围一般为Rmax=imax/imin≤8～～10 Ø在检查传动组的变速范围时，只需检查最后在检查传动组的变速范围时，只需检查最后一个扩大组一个扩大组 Rn= ≤Rmax a.12＝＝31×23×26 b. 12＝＝31×26×23 c. 12＝＝32×21×26 d. 12＝＝34×21×22 e. 12＝＝32×26×21 f. 12＝＝34×22×21 Ø方案方案a、、b、、c、、e的第二扩大组的第二扩大组x2=6，，p2=2，，则则R2= = =8=Rmax，， 是可行的。

是可行的 Ø方案方案d、、f的第二扩大组，的第二扩大组，x2=4，，p2=3，， R2 = = =16>Rmax，， 是不可行的是不可行的(2) 基本组和扩大组的排列顺序基本组和扩大组的排列顺序 Ø原则是原则是选择中间传动轴选择中间传动轴(本例如轴本例如轴ⅡⅡ、、ⅢⅢ)变变速范围最小的方案速范围最小的方案•方案方案a的中间传动轴变速范围最小，故方案的中间传动轴变速范围最小，故方案a 12＝＝31×23×26最佳Ø如果没有别的要求，则如果没有别的要求，则应尽量使扩大顺序与应尽量使扩大顺序与传动顺序一致传动顺序一致即即““前密后疏前密后疏””：前面传动：前面传动组的传动副间靠得紧些，后面的较松散些组的传动副间靠得紧些，后面的较松散些, ,即级比即级比指数指数““前小后大前小后大” ” ） 3．确定是否增加降速定比传动．确定是否增加降速定比传动 该机总降速比为该机总降速比为 若每一个变速组的最小传动比均取四分之若每一个变速组的最小传动比均取四分之一，则三个变速组总的降速比可达一，则三个变速组总的降速比可达 看来似乎无须增加降速定比传动，但是为看来似乎无须增加降速定比传动，但是为了中间两个变速组做到降速缓慢以利于减了中间两个变速组做到降速缓慢以利于减少变速箱的径向尺寸可在少变速箱的径向尺寸可在O（电机轴）（电机轴）—I轴之间增加一降速定比传动，用皮带和齿轴之间增加一降速定比传动，用皮带和齿轮均可，为便于安装，常用三角皮带。

轮均可，为便于安装，常用三角皮带 4．合理分配传动比，拟定转速图．合理分配传动比，拟定转速图 Ø本例所选定的结构式共本例所选定的结构式共有三个传动组，变速机有三个传动组，变速机构共需构共需4轴加上电动轴加上电动机轴共机轴共5轴故转速图轴故转速图需需5条竖线Ø主轴共主轴共12速，电动机轴速，电动机轴转速与主轴最高转速相转速与主轴最高转速相近，故需近，故需12条横线注条横线注明主轴的各级转速电明主轴的各级转速电动机轴转速也应在电动动机轴转速也应在电动机轴上注明机轴上注明 得出结构式得出结构式12＝＝31×23×26后后,分配各传动组的传动比并确定中间轴的转速分配各传动组的传动比并确定中间轴的转速l一般，降速传动遵循一般，降速传动遵循“前慢后快前慢后快”原则Ø传动组传动组c的变速范围为的变速范围为R2= = =8=Rmax，可知两个，可知两个传动副的传动比必然传动副的传动比必然是前文叙述的极限值：是前文叙述的极限值： xc1= ；；xc2= ；；Ø传动组传动组b的级比指数为的级比指数为3，在传动比极限值的范，在传动比极限值的范围内，轴围内，轴ⅡⅡ的转速最高可为的转速最高可为500、、710、、1000r／／min，最低可为，最低可为180、、250、、355r／／min。

Ø为了避免升速，为了避免升速，又不使传动比又不使传动比太小，可取太小，可取 Ø同理，可确定轴同理，可确定轴I的转速为的转速为710r／／min 最后，补足各连线，得到转速图后，补足各连线，得到转速图  设计方案是很多的，各有利弊设计时应权设计方案是很多的，各有利弊设计时应权衡得失，根据具体情况，进行选择衡得失，根据具体情况，进行选择转速图拟定的设计要点转速图拟定的设计要点u两个限制两个限制 l传动组中传动比的限制传动组中传动比的限制: imin≥1／／4 ，， imax≤2 l变速范围的限制变速范围的限制:Rmax=imax/imin≤8u三条原则三条原则 l传动组的传动付数，按传动顺序传动组的传动付数，按传动顺序“前多后少前多后少”l级比指数，按扩大顺序级比指数，按扩大顺序“前小后大前小后大”l最小传动比，按降速顺序最小传动比，按降速顺序“前慢后快前慢后快” u四项注意四项注意 改善机床性能，降低空载功率，噪声、振改善机床性能，降低空载功率，噪声、振动和发热是现代机床设计追求的目标，必动和发热是现代机床设计追求的目标，必须予以充分考虑：须予以充分考虑：l传动链要短。

传动链要短l转速和要小转速和要小l齿轮线速度要小齿轮线速度要小l空转件要少空转件要少三、齿轮齿数的确定三、齿轮齿数的确定Ø同一变速组内的各对齿轮，同一变速组内的各对齿轮，因其因其中心距中心距必须必须相等，相等，所以当所以当齿轮模数相同时，齿数和齿轮模数相同时，齿数和Sz必然相等必然相等Ø有时为了满足传动比的有时为了满足传动比的 要求，要求，可以使同一传动组可以使同一传动组 内各传动副的齿数和不等，内各传动副的齿数和不等， 然后采用然后采用变位变位的方法使中的方法使中 心距相等但各传动组的心距相等但各传动组的 齿数和相差不能太多齿数和相差不能太多1、确定齿轮齿数时应注意的问题、确定齿轮齿数时应注意的问题(1) 齿轮的齿数和齿轮的齿数和Sz一般一般≤100~120 ；；(2) 最小齿轮不产生根切现象对标准圆柱齿轮，最小齿轮不产生根切现象对标准圆柱齿轮，Zmin≥18~20；；(3) 齿轮的齿槽到孔壁或键槽的壁厚齿轮的齿槽到孔壁或键槽的壁厚a≥2m ；； 因因 ，，齿根圆直径齿根圆直径df=m(Z-2.5)，，得得(4) 两轴中心距要取得适当两轴中心距要取得适当 ；；(5) 实际传动比与理论传动比允许有误差，但实际传动比与理论传动比允许有误差，但不能过大。

不能过大 分配齿数所造成的分配齿数所造成的转速误差转速误差 ≤±10（（φ-1））%2、变速组内模数相同时齿轮齿数的确定、变速组内模数相同时齿轮齿数的确定（（1）计算法）计算法例：例：传动组传动组a的传动比如图的传动比如图①① ia1的降速比最大，最小的降速比最大，最小齿轮一定在该对齿轮中，齿轮一定在该对齿轮中，Zmin= Za1根据结构情况取根据结构情况取Za1=24，则，则 ；；齿数和齿数和②② 根据根据Z/Z’=i，，Z+Z’=Sz两式，得齿数计算公两式，得齿数计算公式，式，求出其余两齿轮副的齿数：求出其余两齿轮副的齿数：Za2=30，，Z’a2=42；；Za3=36，，Z’a3=36 （（2）查表法）查表法注意事项：注意事项：Ø转速图上各齿轮付的传动比应是标准公比的转速图上各齿轮付的传动比应是标准公比的整数次方，且同一变速组内模数应相等整数次方，且同一变速组内模数应相等Ø应按各传动比分母的数值查表应按各传动比分母的数值查表Ø根据最小传动比确定根据最小传动比确定Zmin，， Szmin，， 并应使并应使 Szmin满足所有传动比的要求。

满足所有传动比的要求例：例：传动组传动组a，，ia1=1/2，，ia2=1/1.41，，ia3=1查i为为2，，1.4和和1的三行有数字的即为可能方案结果如下的三行有数字的即为可能方案结果如下Øia1=1/2：：Sz = …，，60，，63，，66，，69，，72，，75，，…Øia2=1/1.41：： Sz = …，，60，，63，，65，，67，，68，，70，，72，，73，，75，，…Øia3=1 ：： Sz = …，，60，，62，，64，，66，，68，，70，，72，，74，，…Ø从以上三行中可以挑出，从以上三行中可以挑出， Sz =60和和72是共同适用是共同适用的如取取Sz =72，，则从表中查出小齿轮齿数分别为则从表中查出小齿轮齿数分别为36、、30、、24Ø即即ia1=24／／48，，ia2=30／／42，，ia3=36／／36（（3）最小公倍数法）最小公倍数法步骤与方法：步骤与方法： ①① 把传动比化成分子分母为整数的分数：把传动比化成分子分母为整数的分数： Φ=1.26 : 1/φ=4/5, 1/φ2=7/11, 1/φ3=1/2, 1/φ4=2/5 Φ=1.41: 1/φ=5/7, 1/φ2=1/2, 1/φ3=5/14, 1/φ4=1/4②② 求各传动比分子与分母之和的最小公倍数求各传动比分子与分母之和的最小公倍数k③③确定各齿轮付的齿数和确定各齿轮付的齿数和④④确定传动付齿轮齿数确定传动付齿轮齿数例：例：传动组传动组a的传动比如图。

的传动比如图Øia1=1/2：： 1+2=3Øia2=1/1.41：： 5+7=12 Øia3=1/1 ：： 1+1=2最小公倍数最小公倍数k=12E取取5 Sz =5×12=60小齿轮齿数为小齿轮齿数为20E取取6 Sz =6×12=72小齿轮齿数为小齿轮齿数为24ia1=24／／48，，ia2=30／／42，，ia3=36／／36E取取＞＞8 Sz ＞＞8×12=963、采用三联滑移齿轮时，、采用三联滑移齿轮时，还应检查滑移齿轮之间的齿数关系还应检查滑移齿轮之间的齿数关系 Ø三联滑移齿轮的最大和次大齿轮之间的齿数差，三联滑移齿轮的最大和次大齿轮之间的齿数差，应大于或等于应大于或等于4因因得得 Z1—Z2≥4 Ø如等于如等于4，则可，则可 使次大轮的齿使次大轮的齿 顶圆减小一点顶圆减小一点四、几种特殊的传动方案四、几种特殊的传动方案1、扩大变速范围的方法、扩大变速范围的方法u传动链中最后一个扩大组如果由两个传动副组成，传动链中最后一个扩大组如果由两个传动副组成，主轴转速级数为主轴转速级数为Z，则最后一个扩大组的变速范围，则最后一个扩大组的变速范围R=φz/2。

由于极限传动比的限制，由于极限传动比的限制，R≤8=1.416=1.269所以当φ=1.41时，时，Z=12；；φ=1.26时，时，Z=18u传动链的变速范围传动链的变速范围R主轴主轴=φz-1，当，当φ=1.41时，最大时，最大的的R主轴主轴=1.4111≈45；；φ=1.26时，时，R主轴主轴=1.2617≈50这样的变速范围不能满足通用机床的要求这样的变速范围不能满足通用机床的要求卧式卧式车床车床140～～200 )为什么最后扩大组的传动付数总是为为什么最后扩大组的传动付数总是为2？？ 这是因为最后扩大组的传动付数目这是因为最后扩大组的传动付数目Pn=2的的转速范围远比转速范围远比Pn =3时大当当Pn =3时时 (1) 增加一个传动组增加一个传动组u在原来的传动组后面在原来的传动组后面用串联的方式增加一用串联的方式增加一个传动组个传动组，，可扩大变速范围可扩大变速范围，但由于极限，但由于极限传动比的限制，将传动比的限制，将会产生一些转速重复会产生一些转速重复u例：例：φ=1.41时，时，12=31×23×26•若需扩大其变速范围和转速级数时，可增若需扩大其变速范围和转速级数时，可增加一个变速组，其传动副为加一个变速组，其传动副为2，作为最后一，作为最后一个扩大组，结构式为个扩大组，结构式为24=31×23×26×212 ，， •最后扩大组最后扩大组R3= =1.4112=64，已大，已大大超出极限值（大超出极限值（Rmax=8~10）的范围，是）的范围，是不允许的，须将它的变速范围缩小到许用不允许的，须将它的变速范围缩小到许用的极限值，即的极限值，即R3=1.416=8。

•6级转速重复，级数级转速重复，级数Z=3×2×2×2-6=18 •因此，结构式为因此，结构式为18=31×23×26×2（（12-6））•此时主轴的变速范围为此时主轴的变速范围为R=R0R1R2R3=φ2φ3φ6φ6=362(2) 采用背轮机构采用背轮机构n可合上离合器可合上离合器直接传直接传动动 imax=1 n也可如图示也可如图示经经Z1/Z2、、Z3/Z4传动 imin= × = 采用背轮机构的特点采用背轮机构的特点 n变速范围大变速范围大 Rmax=imax/imin=16n传动性能好传动性能好 高速传动链短，降低了空载功率，噪声、振高速传动链短，降低了空载功率，噪声、振动和发热动和发热n结构紧凑工艺性好结构紧凑工艺性好 背轮机构虽属三轴变速组，但只占两排轴背轮机构虽属三轴变速组，但只占两排轴孔的位置孔的位置 Ø 使用场合使用场合：分离传动式的主传动系统分离传动式的主传动系统 如如c616 CM6132 主轴箱主轴箱采用背轮机构应避免采用背轮机构应避免“超速现象超速现象” 为避免为避免“超速现象超速现象”使使Z3脱开，即脱开，即Z4应应为滑移齿轮（轴为滑移齿轮（轴ⅡⅡ经经Z1/Z2是降速），不能是降速），不能选选Z1为滑移齿轮（轴为滑移齿轮（轴ⅡⅡ经经Z4/Z3是升速）。

是升速）(3) 采用分支传动采用分支传动n分支传动是分支传动是由若干变速组串联、再增加并联由若干变速组串联、再增加并联分支的传动形式分支的传动形式n优点优点是：既可扩大变速范围，又能缩短高速是：既可扩大变速范围，又能缩短高速传动链，从而提高了传动效率传动链，从而提高了传动效率 分支传动举例分支传动举例nCA6140型普通车床的主传动系统采用了低型普通车床的主传动系统采用了低速分支和高速分支传动速分支和高速分支传动 CA6140主传动系统的主传动系统的低速、高速分支传动低速、高速分支传动 n低速分支低速分支得到得到10~500转转/分的分的18级低速转速，结级低速转速，结构式构式18=21×32×26×2(12-6））n高速分支高速分支得到得到450～～1400转／分的转／分的6级高转级高转速，结构式速，结构式6=21×32n所以主轴转速级数所以主轴转速级数z=24，变速范围，变速范围R主轴主轴=1400/10=140 2、多速电机变速、多速电机变速n电变速组：电变速组：多速电动机相当于具有两个或三多速电动机相当于具有两个或三个传动副的电变速组个传动副的电变速组n常用的双速、三速电动机的同步转速为常用的双速、三速电动机的同步转速为1500/3000、、750/1500、、750/1500/3000转转/分，传动比分，传动比φ电电=2；此时传动系统的；此时传动系统的公比公比φ应是应是2的整数次方根，常用的整数次方根，常用1.26、、1.41。

nφ电电=2=1.263=1.412，故，故电变速组为第一扩电变速组为第一扩大组n当当φ=1.26，基本组的传动副数为，基本组的传动副数为3；； φ=1.41，基本组的传动副数为，基本组的传动副数为2多速电机变速举例多速电机变速举例nC7620多刀半自动车床传动系统，多刀半自动车床传动系统，φ=1.41，，φ电电=2，结构式，结构式Z=8=22×21×24 3、挂轮变速组、挂轮变速组n挂轮（交换齿轮）变速的特点挂轮（交换齿轮）变速的特点是：结构简单，是：结构简单，不需要操纵机构，轴向尺寸小，变速箱结不需要操纵机构，轴向尺寸小，变速箱结构紧凑，主动齿轮与被动齿轮可以倒置使构紧凑，主动齿轮与被动齿轮可以倒置使用与滑动齿轮相比，用的齿轮数量少与滑动齿轮相比，用的齿轮数量少但更换时费时费力但更换时费时费力挂轮变速组挂轮变速组 举例举例nCA7620液压多刀半自动车床，液压多刀半自动车床，ⅡⅡ—ⅢⅢ轴间的双轴间的双联滑移齿轮变速组是基本组，用于加工过程中的联滑移齿轮变速组是基本组，用于加工过程中的变速，变速，ⅠⅠ—ⅡⅡ轴间的一对交换齿轮变速组是第一轴间的一对交换齿轮变速组是第一扩大组，用于每批工件在加工前的变速调整。

扩大组，用于每批工件在加工前的变速调整4、混合公比、混合公比n混合公比：混合公比：整个主轴转速数列采用几个公比整个主轴转速数列采用几个公比n一个变速系统有两个公比已能满足要求，更一个变速系统有两个公比已能满足要求，更多的公比没有实用意义多的公比没有实用意义n在变速范围已定的情况下，可以减少转速级在变速范围已定的情况下，可以减少转速级数，从而使结构简化；另一方面为了满足数，从而使结构简化；另一方面为了满足机床的实际需要，使得常用转速排得密，机床的实际需要，使得常用转速排得密，不常用的排得稀，既能扩大变大变速范围，不常用的排得稀，既能扩大变大变速范围，又不使传动机构复杂又不使传动机构复杂 n例：例：Z3040Z3040摇臂摇臂钻床的主传动系钻床的主传动系统中间各级转统中间各级转速的公比为速的公比为φφ1 1=1.26=1.26，两端，两端的公比则为的公比则为φφ2 2=φ=φ1 12 2=1.26=1.262 2 =1.58 =1.58 5、公用齿轮、公用齿轮 n公用齿轮：既是前一个变速组的被动齿轮，公用齿轮：既是前一个变速组的被动齿轮，又是后一个变速组的主动齿轮的齿轮又是后一个变速组的主动齿轮的齿轮 。

n优缺点：减少齿轮个数，缩短轴向尺寸，容优缺点：减少齿轮个数，缩短轴向尺寸，容易磨损，材料要好易磨损，材料要好n公用齿轮应在前一个变速组传动比较小，后公用齿轮应在前一个变速组传动比较小，后一个变速组传动比较大的传动付中一个变速组传动比较大的传动付中第二节第二节 计算转速计算转速 设计中应对传动件进行强度核算，涉及到零件设计中应对传动件进行强度核算，涉及到零件的功率和转速的功率和转速变速传动件应该根据哪一个转速变速传动件应该根据哪一个转速进行动力计算，进行动力计算，就是本节所要讨论的问题就是本节所要讨论的问题——计计算转速u图中转速是图中转速是恒定的有：恒定的有：轴轴I、皮带传、皮带传动副、传动动副、传动组组a中各齿轮；中各齿轮；u转速是变化转速是变化的有：的有：其余其余各轴、各传各轴、各传动组的齿轮动组的齿轮一、机床的功率转矩特性一、机床的功率转矩特性1、直线运动、直线运动 直线运动的执行器官（包括主运动或进直线运动的执行器官（包括主运动或进给运动）的切削速度对切削力影响不大给运动）的切削速度对切削力影响不大可以认为不论在什么速度下，都有可能承可以认为不论在什么速度下，都有可能承受最大切削力。

因此，就认为拖动直线运受最大切削力因此，就认为拖动直线运动执行器官的传动件在任意转速下都是动执行器官的传动件在任意转速下都是恒恒转矩的2、旋转运动、旋转运动n主轴的功率或转矩特性：主轴的功率或转矩特性：主轴所传递的功率或主轴所传递的功率或转矩与转速之间的关系转矩与转速之间的关系•ⅠⅠ区是恒功率的区是恒功率的n T•ⅡⅡ区是恒转矩的区是恒转矩的n Pn主轴主轴(零件零件)的计算转速：的计算转速： 主轴主轴( (零件零件) )能传递全功率的能传递全功率的 最低转速（最低转速（n nj j）n例：普通车床例：普通车床Z=12, φ=1.41，电机额定功，电机额定功率为率为P PE E ，当计算转速，当计算转速n nj j = n n4 4 ，输出的扭矩，输出的扭矩为为M Mn n求：n n8 8时的扭矩为多少？时的扭矩为多少？ n n2 2时的功率时的功率为多少？为多少？ 二、机床主要传动件计算转速的确定二、机床主要传动件计算转速的确定n主轴计算转速的确定：主轴计算转速的确定：按表按表8—2列出的各列出的各类机床主轴计算转速的统计公式类机床主轴计算转速的统计公式。

n传动件的计算转速的确定：传动件的计算转速的确定：主轴的计算转速主轴的计算转速确定后，就可以从转速图上得出各传动件确定后，就可以从转速图上得出各传动件的计算转速的计算转速计算转速的确定计算转速的确定 举例举例确定卧式车床的主轴、各传动轴、齿轮的计算确定卧式车床的主轴、各传动轴、齿轮的计算转速 (1) 主轴的计算转速主轴的计算转速根据经验统计公式，根据经验统计公式，中型车床主轴的计算中型车床主轴的计算转速是从最低转速算转速是从最低转速算起，第一个三分之一起，第一个三分之一转速范围内的最高一转速范围内的最高一级转速，级转速，即为即为n4＝＝90r/min(2) 各传动轴、齿轮各传动轴、齿轮的计算转速的计算转速 各传动轴、齿轮各传动轴、齿轮的计算转速，的计算转速，根据转速根据转速图，由后往前推图，由后往前推 因强度是按小齿轮计算的，所以找出齿轮因强度是按小齿轮计算的，所以找出齿轮副中小齿轮的计算转速即可副中小齿轮的计算转速即可各传动轴的计算转速各传动轴的计算转速l轴轴ⅢⅢ的计算转速为的计算转速为125r／／minl轴轴ⅡⅡ的计算转速为的计算转速为355r/min。

各齿轮各齿轮的计算转速的计算转速l传动组传动组c c中，中，z=18z=18的齿轮，的齿轮，n nj j=355r=355r／／minmin；；z=30z=30，，n nj j=250=250 同时计算两个齿轮的应同时计算两个齿轮的应力，选择模数较大的作力，选择模数较大的作为传动组为传动组c c齿轮的模数齿轮的模数l传动组传动组b b中，中， z=22z=22，，n nj j=355=355l传动组传动组a a中，中， z=24z=24，，n nj j=710=710第三节第三节 无级变速传动链设计无级变速传动链设计n数控机床和重型机床，广泛地采用无级变速数控机床和重型机床，广泛地采用无级变速n优点：优点：可以获得最有利的切削速度可以获得最有利的切削速度, ,无生产无生产率损失；可在运转中变速；结构简单率损失；可在运转中变速；结构简单n机床上常用的无级变速机构机床上常用的无级变速机构:无级变速机构无级变速机构直流调速电动机直流调速电动机交流调速电动机交流调速电动机一、直流调速电动机一、直流调速电动机n从额定转速从额定转速nd向上至最高转速向上至最高转速nmax，，是用调是用调磁法来调速的，磁法来调速的，属于恒功率；属于恒功率；n从额定转速从额定转速nd向下至最低向下至最低 转速转速nmin，，是用调压法来是用调压法来 调速的，调速的，属恒转矩。

属恒转矩二、交流调速电动机二、交流调速电动机 n靠调节供电频率的办法调速靠调节供电频率的办法调速 n额定转速额定转速nd向上至最高转速向上至最高转速nmax为恒功率为恒功率n额定转速额定转速nd至最低转速至最低转速nmin为为恒转矩n交流调速电动机没有电刷，能达到交流调速电动机没有电刷，能达到的最高转速比同功率的直流电动机的最高转速比同功率的直流电动机高，磨损和故障也少在中、小功高，磨损和故障也少在中、小功率领域已占优势率领域已占优势  三、伺服电动机和脉冲步进电动机三、伺服电动机和脉冲步进电动机 都是恒转矩的，而且功率不大，所以都是恒转矩的，而且功率不大，所以只能只能用于直线进给运动和辅助运动用于直线进给运动和辅助运动 四四. 无级变速传动链应遵循下列原则无级变速传动链应遵循下列原则n直流或交流调速电动机用于直流或交流调速电动机用于拖动直线运动执行器官，拖动直线运动执行器官，例例如龙门刨床工作台如龙门刨床工作台( (主运动主运动) )或或立式车床刀架立式车床刀架( (进给运动进给运动) )，，可可直接利用调速电动机的恒转直接利用调速电动机的恒转矩调速范围，将电动机直接矩调速范围，将电动机直接或通过定比减速齿轮拖动执或通过定比减速齿轮拖动执行器官。

行器官 n直流或交流调速电动机用于直流或交流调速电动机用于拖动旋转运动，拖动旋转运动，例如例如拖动主轴，则拖动主轴，则由于主轴要求的恒功率调速范围远由于主轴要求的恒功率调速范围远大于电动机所能提供的恒功率范围，常用串联分大于电动机所能提供的恒功率范围，常用串联分级变速箱的办法来扩大其恒功率调速范围级变速箱的办法来扩大其恒功率调速范围齿轮变速组的设计齿轮变速组的设计 n主轴变速范围主轴变速范围 R Rp p——电动机恒功率调速范围；电动机恒功率调速范围；R RF F——变速箱的变速范变速箱的变速范围；围；φφF F——变速箱的公比；变速箱的公比；Z—Z—变速箱的变速级数变速箱的变速级数n为了得到连续的无级变速，为了得到连续的无级变速，φF = Rp n如果为了简化变速机构，取如果为了简化变速机构，取φF ＞＞ Rp ，则电动机，则电动机的功率应取得比要求的功率大些的功率应取得比要求的功率大些 [例例8—2] 有一数控机床，主轴转速最高为有一数控机床，主轴转速最高为4000r／／min，最低为，最低为30r／／min，计算转速为，计算转速为150r／／min。

最大切削功率为最大切削功率为5．．5kW采用交流调频主采用交流调频主轴电动机，额定转速为轴电动机，额定转速为1500r／／min，最高转速为，最高转速为4500r／／min设计分级变速箱的传动系统并选择设计分级变速箱的传动系统并选择电动机的功率电动机的功率[解解]主轴要求的恒功率调速范围主轴要求的恒功率调速范围 Rnp=4000/150=26.7 电动机的恒功率调速范围电动机的恒功率调速范围 Rp=4500/1500=3取取变速箱的公比变速箱的公比φF=Rp=3 ，，则由于无级变速时则由于无级变速时故变速箱的故变速箱的变速级数变速级数 ，取，取Z=3 主轴从主轴从4000～～145r／／min的恒功率，是由的恒功率，是由AB、、BC、、CD三段接起来的三段接起来的 从上面分析可知：采用交流调频主轴电动机串联分从上面分析可知：采用交流调频主轴电动机串联分级变速箱后，能满足主轴恒功率转速范围的要求级变速箱后，能满足主轴恒功率转速范围的要求确定电动机功率确定电动机功率如取总效率为如取总效率为η=0．．75，则电动，则电动机功率机功率P=5．．5／／0．．75=7．．3kW。

可选用北京数可选用北京数控设备厂的控设备厂的BESK-8型交流主轴电动机，连续额定型交流主轴电动机，连续额定输出为输出为7．．5kW第四节第四节主轴箱主轴箱Ø所谓结构设计是将传动方案所谓结构设计是将传动方案“结构化结构化”，向，向生产部门提供生产部门提供装配图，零件工作图，及零装配图，零件工作图，及零件明细表件明细表Ø主轴箱结构设计的主轴箱结构设计的主要内容主要内容：包括主轴和传：包括主轴和传动轴的组件设计；操纵机构设计；开停、动轴的组件设计；操纵机构设计；开停、制动及换向机构设计；润滑和密封机构的制动及换向机构设计；润滑和密封机构的设计；箱体及其它零件设计等设计；箱体及其它零件设计等按照结构特点可分为两种类型按照结构特点可分为两种类型Ø主传动全部装在机床支承件如底座床身中主传动全部装在机床支承件如底座床身中（如（如X62W）称为）称为整体结构整体结构，这种结构的轴，这种结构的轴线布置同一个平面内，结构简单，但工件线布置同一个平面内，结构简单，但工件加工困难不能采用分支传动加工困难不能采用分支传动Ø主传动全部装在单独箱体中，称为主传动全部装在单独箱体中，称为独立箱体独立箱体式结构式结构，装有变速机构的箱体部件称为，装有变速机构的箱体部件称为变变速箱速箱，装有主轴部件的箱体部件，称为，装有主轴部件的箱体部件，称为主主轴箱轴箱。

一、主轴箱的构造一、主轴箱的构造1、主轴箱装配图、主轴箱装配图 包括展开图，横向剖视图，外观图及必要包括展开图，横向剖视图，外观图及必要的局部视图等的局部视图等Ø展开图展开图n作用：作用：用来表达各传动件的传动关系和各轴用来表达各传动件的传动关系和各轴组件的装配关系组件的装配关系 各个轴的轴向布置可从主轴头部向后画，各个轴的轴向布置可从主轴头部向后画，或从皮带轮向前画或从皮带轮向前画 n绘图时的注意事项：绘图时的注意事项：1）滑移齿轮变速机构）滑移齿轮变速机构l多联滑移齿轮，结构有整体式、套装式多联滑移齿轮，结构有整体式、套装式l齿宽ｂ常用（齿宽ｂ常用（5—10））m或（或（6—10））m按传动顺序，齿宽可逐渐加大，相啮合的齿轮宽度应相顺序，齿宽可逐渐加大，相啮合的齿轮宽度应相等为防止错位，小齿轮宽度可增加等为防止错位，小齿轮宽度可增加(≤20 m m增增加１加１ m m，＞，＞ 20 m m增加１／２０ｂ增加１／２０ｂ ））为了降为了降噪，可采用窄齿宽，厚齿体噪，可采用窄齿宽，厚齿体l导向长度：导向长度：　固定齿轮的轮毂轴向　固定齿轮的轮毂轴向(导向导向)长度长度　Ｌ＝（０　Ｌ＝（０.８８—１１.２）ｄ２）ｄ　滑移齿轮长度Ｌ＝（１　滑移齿轮长度Ｌ＝（１.２２—１１.５）ｄ５）ｄl齿轮定心方式：矩形花键齿轮定心方式：矩形花键 。

2）带轮机构）带轮机构l非卸荷装置非卸荷装置　除了传递扭矩外，带的拉力也作用在轴上　除了传递扭矩外，带的拉力也作用在轴上 l卸荷装置卸荷装置　外卸荷装置效果好，适用于带轮直径较小　外卸荷装置效果好，适用于带轮直径较小的场合；内卸荷适用于带轮直径较大的场的场合；内卸荷适用于带轮直径较大的场合（如合（如CA6140）Ø横向剖视图横向剖视图n作用：作用：用于表达各轴的空间位置，操纵用于表达各轴的空间位置，操纵机构及其它有关结构的装配关系机构及其它有关结构的装配关系n绘图时的注意事项：绘图时的注意事项： 1））主轴主轴位置的确定位置的确定　垂直方向：　垂直方向：H=1/2D　水平方向：ａ　水平方向：ａ≤ｂｂ主轴中心在尾架导轨主轴中心在尾架导轨中心，也有稍偏向前导轨的，也有稍偏中心，也有稍偏向前导轨的，也有稍偏向后导轨的向后导轨的 2））末前轴末前轴位置的确定位置的确定3））输入轴输入轴ⅠⅠ位置的确定位置的确定4））其它传动轴其它传动轴位置的确定位置的确定 5）检查零件是否干涉）检查零件是否干涉l通常要求间隙：加工表面之间通常要求间隙：加工表面之间 1—2ｍｍ；ｍｍ；轴承孔之间可大于轴承孔之间可大于10ｍｍ不得小于ｍｍ不得小于3ｍｍ；ｍｍ；齿轮端面与箱壁大于或等于齿轮端面与箱壁大于或等于5---8ｍｍ；齿ｍｍ；齿顶园与箱壁大于或等于顶园与箱壁大于或等于10ｍｍ；与箱底大ｍｍ；与箱底大于或等于于或等于15ｍｍ。

ｍｍ２、箱体２、箱体Ø材料和热处理：材料和热处理： HT200 时效处理时效处理Ø箱体结构形状及尺寸箱体结构形状及尺寸1）定位及安装方式）定位及安装方式2）轮廓尺寸及壁厚）轮廓尺寸及壁厚　　根据沈阳第一机床厂车研所最新提供的经验数据：头部（右）根据沈阳第一机床厂车研所最新提供的经验数据：头部（右）35-40mm. 尾部（左）尾部（左）30mm、前、前15-20mm，后，后20mm, 底底12-15mm,尽尽量减少箱盖的厚度（量减少箱盖的厚度（20-25mm）以利装配和维修以利装配和维修3）提高刚度和降噪）提高刚度和降噪4）铸造工艺性和加工工艺性）铸造工艺性和加工工艺性5）其它）其它（润滑、密封、气孔、油标、油塞）（润滑、密封、气孔、油标、油塞）Ø箱体技术条件箱体技术条件　包括加工，铸造，热处理，检验，喷漆等方面的　包括加工，铸造，热处理，检验，喷漆等方面的技术要求技术要求 ３、主轴变速箱的温升与润滑３、主轴变速箱的温升与润滑Ø主要热源主要热源1）传动件的机械磨擦）传动件的机械磨擦　机床内部最大热源是离合器、制动器、轴承、齿　机床内部最大热源是离合器、制动器、轴承、齿轮等。

尤其是主轴上的轴承，前轴承比后轴承多轮等尤其是主轴上的轴承，前轴承比后轴承多40%左右　机床外部的皮带，电机、液压装置，导轨等　机床外部的皮带，电机、液压装置，导轨等　其中电机和齿轮发生的热量少，在机床领域几乎　其中电机和齿轮发生的热量少，在机床领域几乎不进行研究不进行研究2）飞溅润滑时，齿轮旋转溅油是一个不可忽视的热）飞溅润滑时，齿轮旋转溅油是一个不可忽视的热源3）在机床所消耗的功率中，约有）在机床所消耗的功率中，约有30-70%或更多的或更多的功率转变成热功率转变成热Ø热变形的影响热变形的影响1）改变各执行器官的相对位置）改变各执行器官的相对位置　如：主轴轴线升高，使主轴轴线与尾架轴线的相　如：主轴轴线升高，使主轴轴线与尾架轴线的相对位置发生改变对位置发生改变2）改变主轴的几何位置）改变主轴的几何位置　如：由于主轴前后轴承的构造不同，温升也不同，　如：由于主轴前后轴承的构造不同，温升也不同，使得前后支承处箱体的热膨胀不同，从而使主轴使得前后支承处箱体的热膨胀不同，从而使主轴轴线倾斜轴线倾斜3）改变轴承的间隙）改变轴承的间隙　由于箱体的散热条件较好，轴和主轴的散热条件　由于箱体的散热条件较好，轴和主轴的散热条件较差，使得轴和主轴的温度高于箱体热膨胀较多，较差，使得轴和主轴的温度高于箱体热膨胀较多，从而减小轴承的间隙或加大预紧量，严重时会导从而减小轴承的间隙或加大预紧量，严重时会导致事故。

致事故4）改变润滑条件）改变润滑条件　温升使润滑油的粘度降低，粘度降低，又将进一　温升使润滑油的粘度降低，粘度降低，又将进一步降低润滑油滑性能和油膜的承载能力步降低润滑油滑性能和油膜的承载能力Ø热平衡和温度场热平衡和温度场l机床一方面产生热量，另一方面也会散热若单机床一方面产生热量，另一方面也会散热若单位时间内产生的热量一定，开始时，机床的温度位时间内产生的热量一定，开始时，机床的温度低，与外界温差小，散热少，温度升高较快；随低，与外界温差小，散热少，温度升高较快；随着温度的升高，温差加大，散热也增加，温度升着温度的升高，温差加大，散热也增加，温度升高将逐步减慢，最后一定会达到某一温度，这时高将逐步减慢，最后一定会达到某一温度，这时同一时间内的发热量等于散热量，即达到了热平同一时间内的发热量等于散热量，即达到了热平衡l达到热平衡的时间是相当长的，对通用机床，为达到热平衡的时间是相当长的，对通用机床，为了方便起见如果每小时的温升不超过了方便起见如果每小时的温升不超过5 摄氏度就摄氏度就认为达到了热平衡（精密机床除外）一般需连认为达到了热平衡（精密机床除外）一般需连续运转续运转2-3小时，才能达到热平衡。

小时，才能达到热平衡l由于热量是由几个热源发出的，所以热源处温度由于热量是由几个热源发出的，所以热源处温度最高，离热源越远，则温度越低，这就形成了温最高，离热源越远，则温度越低，这就形成了温度场，温度场是以等温曲线表示的度场，温度场是以等温曲线表示的　（见Ｐ１５１图　（见Ｐ１５１图8—1９）９）Ø主轴箱平均温升的估算主轴箱平均温升的估算　（见　（见P152 式式8—11））Ø减少主轴箱热变形的途径减少主轴箱热变形的途径1）减少机床内部发热量）减少机床内部发热量2）散热和隔热）散热和隔热3）均热）均热4）使用线胀系数小的材料）使用线胀系数小的材料5）其它）其它二、传动轴的安装二、传动轴的安装Ø 零件的定位与固定，通常通过滚动轴承来轴向定零件的定位与固定，通常通过滚动轴承来轴向定位或固定，定位应合理，固定应可靠位或固定，定位应合理，固定应可靠Ø方式有一端固定，另一端为自由端；两端固定方式有一端固定，另一端为自由端；两端固定不允许超也不能欠不允许超也不能欠Ø避免采用悬臂轴避免采用悬臂轴Ø滚动轴承常用深沟球轴承滚动轴承常用深沟球轴承0000 (噪音小，发热小，噪音小，发热小，应用广应用广)和园锥滚子轴承和园锥滚子轴承7000 (承载能力大，可承承载能力大，可承受轴向力受轴向力)，成对使用。

成对使用1、两端固定、两端固定（图（图8-14）） 用于长轴或高速轴用于长轴或高速轴2、一端固定，一端自由、一端固定，一端自由用于短轴或低速轴用于短轴或低速轴三、齿轮在轴上的布置与排列三、齿轮在轴上的布置与排列 初步确定了转速图和齿初步确定了转速图和齿轮齿数以后，轮齿数以后，合理地合理地布置齿轮在传动轴上布置齿轮在传动轴上的排列方式是一个比的排列方式是一个比较重要的问题，较重要的问题，它将它将直接影响到变速成箱直接影响到变速成箱的尺寸，操纵机构的的尺寸，操纵机构的方便性以及结构实现方便性以及结构实现的可能性的可能性 1、轴向布置的注意事项轴向布置的注意事项1））滑移齿轮一般应装在主动轴上，滑移齿轮一般应装在主动轴上，考虑到加考虑到加工和使用方便两个变速组的滑移齿轮应装工和使用方便两个变速组的滑移齿轮应装在同一根轴上在同一根轴上2））在一个变速组内，变速时，一对啮合的齿在一个变速组内，变速时，一对啮合的齿轮在未完全脱开之前，另一对齿轮不能进轮在未完全脱开之前，另一对齿轮不能进入啮合状态，入啮合状态，也就是说：两个固定齿轮间也就是说：两个固定齿轮间的间隙应大于滑移齿轮的宽度其间隙量的间隙应大于滑移齿轮的宽度。

其间隙量为为 1-4mm，，通常为通常为 1-2mm 2、双联和三联滑移齿轮轴向长度、双联和三联滑移齿轮轴向长度Ø将宽式排列改成窄式排列将宽式排列改成窄式排列Ø将三联滑移齿轮分成一个双联齿轮和将三联滑移齿轮分成一个双联齿轮和一个单联齿轮一个单联齿轮Ø采用公用齿轮采用公用齿轮 Ø将固定在同一轴上的主动轮和被动轮将固定在同一轴上的主动轮和被动轮交错排列交错排列Ø增加一对定比传动增加一对定比传动。